[论文解读] From Strings to the LHC. Les Houches Lectures on String Phenomenology

Luis E. Ibáñez|arXiv (Cornell University)|Apr 24, 2012

Black Holes and Theoretical Physics参考文献 37被引用 9

一句话总结

本文提出了一种基于D7-branes与fluxes的Type IIB/F-theory紧化模型的弦理论现象学框架，推导出低能有效场论，实现半现实的粒子物理。结果表明，辐射电弱对称性自发破缺、可行的暗物质候选者以及稀有B介子衰变（包括LHCb数据）的约束要求Higgs粒子质量接近125 GeV，从而导致一个具有预测性的SUSY谱，其中胶inos质量约为3 TeV，stops质量约为2 TeV。

ABSTRACT

These notes are based on lectures given at the Les Houches Summer School in 2011, which was centered on the general topic "Theoretical Physics to face the challenge of LHC". In these lectures I reviewed a number of topics in the field of String Phenomenology, focusing on orientifold/F-theory models yielding semi-realistic low-energy physics. The emphasis was on the extraction of the low-energy effective action and the possible test of specific models at LHC. These notes are a brief summary, appropriately updated, of some of the main topics covered in the lectures.

研究动机与目标

• 从具有D-branes与fluxes的Type IIB/F-theory紧化构造半现实的低能有效场论。
• 在弦论衍生模型的背景下，推导软SUSY破缺项，特别关注模主导情形。
• 通过LHC约束（包括Higgs质量、稀有B衰变（Bs→μ⁺μ⁻）以及暗物质丰度）检验这些模型的可行性。
• 探索弦紧化几何、fluxes与生成的粒子物理谱之间的相互作用。
• 评估该模型在辐射电弱对称性自发破缺与通过 tadpole 条件实现的异常消除方面的一致性。

提出的方法

• 在具有D7-branes与背景fluxes的Calabi-Yau三fold上构建Type IIB定向流形紧化，以生成手征费米子与规范场。
• 应用tadpole取消条件，确保紧化空间中的RR电荷中性与异常消除。
• 在模主导方案中，从Kähler势与超势推导软SUSY破缺项，参数包括M、μ与ρH。
• 使用跑动方程（RGEs）将软参数运行至电弱能标。
• 施加来自辐射电弱对称性自发破缺（REWSB）、中性子丰度（WMAP）以及LHCb测量的BR(Bs→μ⁺μ⁻)的约束。
• 利用镜像对称性与T-duality，关联不同brane构型与紧化几何。

实验结果

研究问题

• RQ1 在具有D-branes与fluxes的Type IIB/F-theory紧化中，手征费米子与标准模型规范群如何涌现？
• RQ2 模主导对弦论衍生模型中软SUSY破缺谱有何影响？
• RQ3 在具有大tanβ与stop混合的F-theory模型中，观测到的约125 GeV的Higgs质量能否自然实现？
• RQ4 LHC对Bs→μ⁺μ⁻分支比与暗物质丰度的约束如何限制可行参数空间？
• RQ5 共湮灭机制（如stau-中性子）在实现正确暗物质丰度方面起什么作用？

主要发现

• 为了满足LHCb对BR(Bs→μ⁺μ⁻)的约束，Higgs质量必须约为125 GeV，与CMS和ATLAS的观测结果一致。
• 该模型预测胶子ino质量约为3 TeV，stops质量约为2 TeV，且通过stau-中性子共湮灭机制解释了正确的暗物质丰度。
• 来自软项的高A项（A ≈ -2m）导致显著的stop混合，使Higgs质量提升至典型最小模型中115 GeV以上。
• 为最大化树图Higgs质量并满足REWSB与暗物质约束，需要高tanβ ≈ 40。
• 该模型对未来的LHCb结果敏感：若在BR(Bs→μ⁺μ⁻)中未发现与SM的偏离，则当前方案可能被排除，除非扩展至NMSSM。
• 谱高度可预测，一旦Higgs质量被固定在125 GeV，所有squarks与gauginos的质量即被确定，使得在14 TeV能量与30 fb⁻¹亮度下，可通过LHC直接检验。